徐平坤

以前（qián），從煉鋼工藝的角度研究提（tí）高鋼的純（chún）淨度，沒有考慮與鋼水直接接觸的耐火（huǒ）材料對鋼水的淨化作用，總（zǒng）是認為耐火（huǒ）材料（liào）或多或少地會對鋼水產生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和（hé）實際試驗，得出鎂鈣質材料不但不汙染鋼水，反而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火材料的特征

白雲石（shí）（CaCO3·MgCO3）是天然（rán）礦物原料，煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值為1.93。鎂鈣質耐火材料主要包括白雲石質耐火材（cái）料、鎂白雲石質耐火材料、鎂鈣質耐火（huǒ）材料。

其中，白雲石質（zhì）耐火材料是指全部用（yòng）煆燒或電（diàn）熔的白雲石做原料的（de）定型或不定形耐火材料（liào）；鎂白雲石和鎂鈣質（zhì）耐（nài）火材（cái）料是用鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品的高溫使用（yòng）性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗（kàng）水化能力越強；CaO含量越高，抗高SiO2熔渣（zhā）的能力越強，高溫蠕變越大，抗剝落性能和脫硫、脫磷的效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵蝕的性能越差。因此，應該根（gēn）據爐（lú）外（wài）精煉等熱工設備的不同部位使用條件，合理選擇鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火（huǒ）材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特殊鋼等對鋼中的雜質（zhì）O、S、P、C、H、N等元（yuán）素及SiO2、Al2O3等夾雜物的（de）含量要（yào）求嚴格，需要爐外精煉除去（qù）鋼中雜質及夾雜物以及脫氣、調整化學成（chéng）分和均勻化（huà）等。鎂鈣質耐火材料中的遊離CaO，易（yì）與（yǔ）鋼水中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質（zhì）、淨化鋼水的功能。由於（yú）CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火（huǒ）材料也適合用於冶煉低氧鋼，是爐外精煉冶煉潔淨鋼、純淨鋼、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近（jìn）年來，為（wéi）了（le）淨化鋼水、延長（zhǎng）爐（lú）襯（chèn）壽命、降低耐火材料消（xiāo）耗，研究人員對白雲石質耐火材料進行了許多（duō）試（shì）驗研究（jiū），取得了（le）很好的結果（guǒ）。

MgO在真空條件下容（róng）易揮發，而（ér）CaO對MgO的揮發性是（shì）有影響的，含有10%～20%CaO（摩（mó）爾分數）就可使MgO相對揮發性大大降（jiàng）低。因此，MgO質材料（liào）中加入一定量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件下（xià）使用比純（chún）MgO質耐火（huǒ）材料更合適。

鋼水（shuǐ）中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的高堿度渣，並且鋼水中溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量低（dī），就要選擇氧勢盡可能（néng）低的（de）耐火材料，Mg與Ca在高（gāo）溫下以氣態存在，在鋼（gāng）水中的溶解度很（hěn）小，而CaO的氧勢也（yě）很小（xiǎo），因此，精煉設備應該選用鎂鈣（gài）質耐火材料。溫（wēn）度升高不利於脫P，但鋼包中采用CaO含量高即堿度高的熔（róng）渣有利脫P，因此（cǐ），用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐火材料同（tóng）樣也有利脫P。

鎂鈣質耐火材料的熱震穩（wěn）定性高、抗渣滲透性好，特別是（shì）熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中的CaO反應生成高熔點化合物C2S或C3S,形成保護層，從而抑（yì）製熔渣的滲透。

關於（yú）H含量的問題（tí），采用真空精煉，其（qí）H主要來（lái）自（zì）熔渣或精煉設（shè）備（bèi）內襯（chèn）耐火材料的水分及有機添加（jiā）物。熱力學分析認為：要在1200℃下長（zhǎng）期烘（hōng）烤，充分排除其中的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高（gāo）問題。

鎂鈣質耐（nài）火材料對鋼水性能的影響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧（yǎng）平衡（héng）分壓（yā），在鋼水中的溶解度很（hěn）小，被認為（wéi）是防止鋼水（shuǐ）增氧的有效材料。

耐火材料對鋼中S的影響：田琳等人試驗（yàn）研究鎂鈣磚與鋼水中S的（de）反應，檢驗鎂鈣質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反應45min時，脫S效果更好（hǎo），脫S率達（dá）70.12%；超過45min，脫S率降低，出（chū）現“回S”現象。為了使鋼包獲得有效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是（shì）很必要的，這（zhè）樣一方麵可以盡可能降低鋼包內襯的再氧化能力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包（bāo）渣導致（zhì）耐（nài）火材料的過度消耗（hào）。

耐火材料對鋼中（zhōng）P含量的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料（liào）對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆注料中w（CaO）為25%時，鋼（gāng）中P含量大幅度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一步提高CaO含量，鋼中P含量僅有小（xiǎo）幅度降低。

耐火材（cái）料對（duì）鋼水碳含（hán）量（liàng）的影響：實驗表明，使（shǐ）用含C耐火材料，鋼水顯著增C，當同一製品第二次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中H(氫)含量的影響：耐火材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中的H含量產（chǎn）生顯著影（yǐng）響。連鑄過程中，鋼包和中間包係統中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導（dǎo）致吸H。對（duì）鋼包、中間包烘烤，能有效地（dì）降低鋼水的吸H量。

耐火材料對鋼中N(氮)含量的影（yǐng）響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化物在耐火材料中應用受到關注，如Sialon分解對鋼水造成增N。更大的增N量在鋼包與中間包之間，保護套管非常重要（yào），連鑄的增N點就是長水（shuǐ）口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火（huǒ）材料對鋼（gāng）水中夾雜物的影（yǐng）響：田琳等人研（yán）究了鎂鈣（gài）、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼水中的夾雜（zá）物，其餘的堿性耐火材（cái）料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的（de）CaO反應，如CaO與（yǔ）Al2O3反應生成Ca12Al4O3的複合化合（hé）物，熔點約為1400℃左右，可有效地去除鋼中Al2O3夾雜物。CaO與（yǔ）SiO2反應生成C2S(矽酸二鈣)和C3S(矽（guī）酸三鈣)高熔點化合物被吸附（fù）鎂鈣質耐火材料（liào）表麵，形成保護層，或者從鎂鈣（gài）質耐火材料表麵上剝落下來上（shàng）浮至保護（hù）渣（zhā）層中；在鎂鈣質耐火（huǒ）材料中的活（huó）性CaO含量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜（zá）物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能：梁義兵（bīng）等（děng）人采用靜態坩堝法研究3種不鏽鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣性（xìng）。試驗結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿度的（de）AOD渣侵蝕（shí）和滲透能力（lì）比較強。燒成白雲石磚基質部分致密（mì）程度高，較不燒白雲石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三種磚的（de）侵蝕和滲透比高堿度渣嚴重得多。相對而言，燒成的鎂鈣（gài）磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯好於不燒鎂鈣磚，CaO含量高的燒成鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕能（néng）力（lì）好於CaO含量低的鎂鈣磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗（kàng）高堿度熔渣的侵蝕和滲透能力，這是因為渣（zhā）與鎂（měi）鈣材料作用析（xī）出C3S，使材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲（shèn）透。低堿度熔渣具有較強的侵蝕和滲透能力，主要（yào）是熔（róng）渣對基（jī）質的強溶蝕並滲透作用。

銀川鎂磚之鎂鈣碳磚的性能及抗侵蝕的研究

鎂鈣碳磚（zhuān）主要性能：MgO—CaO—C磚（zhuān）較燒成鎂鈣磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空（kōng）穩定性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性能同時取決於CaO及C的含量。CaO含量（liàng）越高（gāo），抗（kàng）剝落性能（néng）越好，淨化鋼水的效果也越好（hǎo）；C含量越高（gāo），抗渣侵蝕（shí）和抗剝落（luò）性（xìng）能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采（cǎi）用煉鋼轉爐的初期渣、中期渣和終期渣分別對鎂鈣（gài）碳磚（zhuān）及鎂碳磚（zhuān）的侵蝕進行實驗。實驗（yàn）結果表明（míng）：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為（wéi）MgO—C磚產生結構剝（bāo）落，蝕損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產生了（le）C2S保護（hù）層；可是中期渣和終期渣，MgO—CaO—C磚的蝕損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚高溫抗氧化性和熱震穩定性（xìng）好，抗酸性熔渣（zhā）能力強；而且磚中的CaO有利於鋼（gāng）水的（de）脫O、脫S、脫P等，適（shì）合冶煉鋼（gāng）的電爐爐襯。

白雲石（shí）質耐火（huǒ）材料對（duì）潔淨鋼的（de）影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量非常少（shǎo），非金屬夾雜物（wù）不僅數量少，而且尺寸很小和形態（tài）得到控製，合金元（yuán）素成分（fèn）精準並（bìng）且分布均勻，使鋼（gāng）材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉（liàn）到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼（gāng）水接觸，一般耐火材料（liào）對鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能淨化（huà）鋼（gāng）水，除去鋼中的非金屬夾雜物，而且不汙染環境。